[发明专利]一种富锂锰基正极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种富锂锰基正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明所述方法为将硫酸锰,碳酸钠混合均匀,并用氨水调节pH至8‑10，在60℃恒温搅拌1h，经过滤、洗涤、离心、干燥得到混合料A；将混合料A与碳酸锂混合研磨并在匀速升温到450℃保温4h，随后升温至800‑850℃保温8‑10h，随炉冷却得到富锂锰基正极材料。本发明富锂锰基正极材料制备工艺简单，用于制备锂离子电池，具有较高的充放电比容量。

技术领域

本发明涉及一种富锂锰基正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池(LIBs)目前为大多数便携式电子产品提供动力，高容量正极是实现高能量密度锂离子电池的关键。然而，更大规模的应用，如电动汽车，需要更高的能量密度电池(300Wh/kg)。由于目前锂电池的能量密度在一定程度上受到正极比容量(150-200mAh/g)的限制，因此需要开发具有更大比容量的正极材料迫在眉睫。

目前锂离子电池的典型正极材料是O3型锂层状氧化物，O3表示ABCABC氧离子充填，然而，O3型层状氧化物在第一次充电时通常表现出较大的结构变化(表面阳离子致密化)，此外，由过渡金属离子迁移引起的层状至尖晶石的转变，使反应容量和反应电压在循环过程中逐渐降低，形成不可逆容量。而亚稳态的O2相，O2型ABCBA氧堆积不能形成尖晶石结构，从而有效提高了比容量。在本发明制备了一种新型的O2型的富锂锰基氧化物，其放电电压稳定，循环时充放电效率高。

发明内容

针对目前富锂锰基正极材料的不足，本发明提供一种钒掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，为O2型的富锂锰基氧化物，本发明所述方法工艺简单，所述富锂锰基正极材料的颗粒大小均匀，用于制备锂离子电池，具有较高的充放电比容量。

(1)将硫酸锰溶液和碳酸钠溶液等体积混合均匀，然后用氨水调节pH至8-10，在50℃～70℃下搅拌1h～2h，经过滤、洗涤、真空干燥后得到混合料A。

(2)将步骤(1)所得的混合料A与碳酸锂混合研磨，然后进行煅烧，随炉冷却得到富锂锰基正极材料。

优选的，本发明步骤(1)中硫酸锰溶液和碳酸钠溶液的浓度均为2mol/L。

优选的，本发明步骤(2)中锂、锰离子的摩尔比为(5～6):3。

优选的，本发明步骤(2)煅烧的条件为：匀速升温到450℃保温4h，随后升温至770-800℃保温8-10h，升温速率为5～8℃/min。

本发明富锂锰作为锂离子电池正极材料的电化学性能测试方法：将锰酸锂正极材料粉末、乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比为80％:10％:10％的比例混合进行充分研磨，并添加适量的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合成浆液，涂布，组装成CR2025扣式电池；静置24h后测试其充放电性能。

本发明的有益效果：

(1)本发明所述方法通过共沉淀法制备前驱体，一步烧结合成0₂型富锂锰正极材料，工艺简单，有效地降低了成本；采用共沉淀法相对直接固相法得到的产物颗粒细小均匀。

(2)传统的富锂锰材料的放电比容量一般均低于200mAh·g-1，本发明通过合理控制烧结时的锂含量，避免了在高温烧结时锂的损失，有效地将其放电比容量提高至236.679mAh·g-1。

附图说明

图1为实施例1富锂锰基正极材料的前驱体SEM图；

图2为实施例1富锂锰基正极材料的SEM图，由图可以清晰看出所形成的O₂型富锂锰基氧化物为层状结构。

图3为实施例1富锂锰基正极材料制备的锂离子电池在40mA/g电流密度下的第1、2、5、10、20次下的充放电曲线。